CN103528852B - 一种有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法；包括如下步骤：a、将取样内筒竖直放置在野外待取土层上方，向下锤击取样内筒，使得取样内筒入土2-4cm；b、挖除取样内筒周围的土体；c、依次重复步骤a和步骤b，直至取样内筒内的空间被土样全部填满；d、沿取样内筒的筒底根部将土样截断，把土样连同取样内筒一起取出；e、取掉取样内筒上的箍环，将筒片连同土样整体放入锥形外筒内，锥形外筒与内筒之间形成空间；所述锥形外筒的筒底与内筒筒底之间没有间隙；f、将熔融蜡液浇注到空间内，上提内筒1-2cm；g、重复步骤f，直至内筒取出，蜡液密实充填满整个空间；h、待蜡液冷凝后将样品整体放入室内渗透仪中用于渗透试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，是用于解决颗粒间接触粗糙不平、粘结性较低的一类粗粒土室内渗透时常遇的侧壁渗漏难题；亦适宜解决颗粒间虽接触紧密但颗粒与侧壁较难密实，其间留有潜在渗流通道的一类砂性土室内渗透结果偏差较大的问题。
背景技术
采用筒状取样器获取原状土开展室内渗透是土体渗透特性研究最为普遍的一种试验手段。然而对粘结性较低的粗粒土而言，颗粒的大小不一使其跟器壁接触时无法充分密实，留有较大孔径的渗漏通道，试验水流经样品截面时总是沿最大流量的路径优先通过而非完全在土样内部流通，因此所得数据难以客观反映考察对象的真实特征。以往试验人员取样前常将乳胶、油泥等柔性材料涂抹于取样器内壁进行密封堵水，然而偏差依然较大的试验数据证明此法效果不甚理想。本发明灵活组配内外两层取样筒，通过内筒的先装配后脱离步骤，带来侧壁蜡液充填机会，进而发挥锥形外筒的止漏优势阻止熔融蜡液流失，最终蜡液以随抽随填的形式充入内筒所留空隙，待蜡液冷凝便可装配至室内渗透系统展开测试。此种组合装配式取样法可为粗粒土侧壁渗漏问题的解决提供有力技术保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中的原状粗粒土室内渗透时样品与套筒内壁间渗漏引起数据偏差，使得结果难以反映土样真实渗流特性的问题，本发明提供一种有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法。
本发明采取的技术方案是：一种有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法：包括如下步骤：
a、将取样内筒竖直放置在野外待取土层上方，向下锤击取样内筒，使得取样内筒入土2-4cm；所述取样内筒包括内筒和箍环；
b、挖除取样内筒周围的土体；
c、依次重复步骤a和步骤b，直至取样内筒内的空间被土样全部填满；
d、沿取样内筒的筒底根部将土样截断，把土样连同取样内筒一起取出；
e、取掉取样内筒上的箍环，将取样内筒上的内筒连同土样整体放入锥形外筒内，锥形外筒与取样内筒的内筒之间形成空间；所述锥形外筒的筒底与取样内筒的内筒筒底之间没有间隙；
f、将熔融蜡液浇注到空间内，上提内筒1-2cm；
g、重复步骤f，直至内筒取出，蜡液密实充填满整个空间及取走内筒后流出的间隙；
h、待蜡液冷凝后，将填满蜡液的锥形外筒连同土样一起放入渗透仪内，用于室内渗透试验。
本发明中步骤a中所述的取样内筒包括内筒和箍环；内筒由不少于两块的筒片组成的分离式筒体；所述内筒的一端设有刃口；所述箍环设置在内筒的外周，用于紧固内筒使得内筒成一个整体。步骤a中的取样内筒放置在野外待取土层上方时，需将内筒上设有刃口一端直接与土层接触，其目的是使得在锤击时，取样内筒进入土里的阻力小。
同时需要说明的是，本发明中的取样内筒的内筒由不少于两块的筒片组成的分离式筒体，这里所提到的筒片数量为不少于两块。其主要取决于步骤f和步骤g中，蜡液能否密实填充整个空间及取出内筒后留出的间隙；步骤f中在浇注蜡液的过程为，匀速上提内筒到1-2cm的高度，浇注蜡液；再上提内筒1-2cm的高度，再浇注蜡液；依次重复直至蜡液充填满整个空间及取出内筒后留出的间隙；此步骤中内筒被分成的筒片数量将直接影响蜡液的充填密实度：筒片数量越多，每次提拉后留下的空隙越小，蜡液随即填充密实的机率便会越大。因此，筒片数量的多少，对本发明不产生实质影响。
本发明步骤b，挖除取样内筒周围与筒片紧密接触的土体；主要是挖除此入土深度为，取样内筒周围的2～3倍内筒2的宽度范围内的土体；此步骤目的旨在减轻筒体向下推进时的摩擦阻力，并消除箍环接触土体后产生阻碍的可能。
本发明步骤e中，需缓慢的取掉取样内筒上的箍环，必须保持取样内筒上的内筒与土样在整体贴合状态下，放入锥形外筒内。主要是保证土样的整体性，为满足后续的渗透性试验。
本发明步骤g中所述的渗透仪为现有技术中用于筒状样室内渗透试验的常规渗透仪，其具体结构本发明不做详细说明。
本发明所述内筒的高度大于其宽度的两倍。主要为满足数据采集精度而设，因为渗流路径与入渗面积的比值太小会导致水流快速通过样品而数据还来不及采集记录，即便采集到数据也会因水流并未在样品内充分循环而带有较大的偏差。因此适当的高宽比能更好满足精度要求，得出更客观真实的试验结果。
本发明中的筒片采用现有技术中的钢片制成，本发明优先采用现有技术中的厚度为1-1.5mm的钢片。
为使蜡液充分填充筒片抽离后所留空隙，步骤e中所述锥形外筒被制成锥形。保证浇注的蜡液稳定于空间内供持续的随抽随填，真正实现空隙的密实填充。另外锥形外筒的锥角A为15-30°的锥角即满足蜡液充分供应，又尽量减小试样的占用空间。
本发明中所述的锥角，表示为锥形外筒的外壁与锥形外筒自身的竖直中心线所形成的角度。
从生产、加工工艺的简单性和操作的可靠性，本发明中的内筒为圆柱形。所述步骤e中所述的锥形外筒的高度与内筒的高度相等。
因蜡液常温下的熔融期较短，为防止筒片提拉过程中冷凝的蜡液阻碍空隙充填，本发明在步骤f中，采用加热器对锥形外筒持续加热，保证整个提拉过程中蜡液的熔融。本发明中所述的加热器，现有技术中的能加热使得蜡液不能够及时凝固的加热器均可以使用。所以本发明对加热器不予以限定。
本发明中所述的蜡液为现有技术做渗透性试验密封堵水用的石蜡溶液，其具体成分本发明不做详细说明。
本发明与现有技术相比：本发明针对原状土室内渗透试验常遇的侧壁渗漏难题，从现场取样环节入手，力求问题的一次性解决，避免了室内再处理时对样品的二次扰动；常规的筒内壁涂抹黄油、凡士林、油泥等材料防侧漏的方法，考虑其全试验段均匀涂抹的要求，较适用于非原状的重塑土渗透测试，分段涂抹后重塑填土宜达密实充填的效果。然而对于原状粗粒土而言，取样时的一次性整体操作流程决定了难以实现防水材料的全内壁密实填充，留下不均匀渗水空隙依然造成试验结果误差较大，本发明随抽筒片随填充蜡液的技术手段很好的解决了防水材料充填不密实的难题；本发明采用的锥形外筒便于实现与内筒的无缝连接，有效解决石蜡液体易流失问题；本发明采用蜡液作防水材料，其溶点低、流动快、可塑性强及防水性能好的特点结合外壁持续加热操作，给筒片提拉提供更富裕的操作时间，因而更易实现防水材料的全侧壁密实填充；本发明利用内外筒的有机组合，通过内筒的先装配后分离留出土样和外筒壁的间隙供蜡液填充，此种有机、快速、高效的组合方式顺利实现防水材料密实填充的同时大幅增强试验样品的整体稳固性。
附图说明
图1是本发明的取样内筒的结构示意图。
图2是本发明的浇注蜡液的结构示意图。
图3是本发明的渗透试验的结构示意图。
其中，1、取样内筒，2、内筒，2-1、筒片，3、箍环，4、锥形外筒，5、空间，6、渗透仪，7、土样，8、蜡液。
具体实施方式
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-附图3和具体实施方式做进一步的描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，包括如下步骤：
a、将取样内筒1竖直放置在野外待取土层上方，向下锤击取样内筒1，使得取样内筒1入土2-4cm；所述取样内筒1包括内筒2和箍环3；
b、挖除取样内筒1周围的土体；
c、依次重复步骤a和步骤b，直至取样内筒1内的空间被土样7全部填满；
d、沿取样内筒1的筒底根部将土样7截断，把土样7连同取样内筒1一起取出；
e、取掉取样内筒1上的箍环3，将取样内筒1上的内筒2连同土样7整体放入锥形外筒4内，锥形外筒4与取样内筒1的内筒2之间形成截面呈锲形的空间5；所述锥形外筒4的筒底与取样内筒1的内筒2筒底之间没有间隙；
f、将熔融蜡液8浇注到空间5内，上提内筒1-2cm；
g、重复步骤f，直至内筒2取出，蜡液8密实充填满整个空间5及取走内筒2后流出的间隙；
h、待蜡液8冷凝后，将填满蜡液8的锥形外筒4连同土样一起放入渗透仪6内，用于室内渗透试验。
本发明中步骤a中所述的取样内筒1包括内筒2和箍环3；内筒2由不少于两块的筒片2-1组成的分离式筒体；所述内筒2的一端设有刃口；所述箍环3设置在内筒2的外周，用于紧固内筒2使得内筒2成一个整体。步骤a中的取样内筒1放置在野外待取土层上方时，需将内筒2上设有刃口一端直接与土层接触，其目的是使得在锤击时，取样内筒1进入土里的阻力小。
同时需要说明的是，本发明中的取样内筒1的内筒2由不少于两块的筒片2-1组成的分离式筒体，这里所提到的筒片2-1数量为不少于两块。其主要取决于步骤f和步骤g中，蜡液能否密实填充整个空间5及取出内筒2后留出的间隙；步骤f中在浇注蜡液的过程为，匀速上提内筒2至1-2cm，浇注蜡液；再上提内筒2至1-2cm，再浇注蜡液；依次重复直至蜡液充填满整个空间5及取出内筒2后留出的间隙；此步骤中内筒2被分成的筒片2-1数量将直接影响蜡液的充填密实度：筒片2-1数量越多，每次提拉后留下的空隙越小，蜡液随即填充密实的机率便会越大。因此，筒片2-1数量的多少，对本发明不产生实质影响。
本发明步骤b，挖除取样内筒1周围与筒片2-1紧密接触的土体；主要是挖除此入土深度为，取样内筒1周围的2～3倍内筒2的宽度范围内的土体；此步骤目的旨在减轻筒体向下推进时的摩擦阻力，并消除箍环接触土体后产生阻碍的可能。
本发明步骤g中所述的渗透仪为现有技术中用于筒状样室内渗透试验的常规渗透仪，其具体结构本发明不做详细说明。
本发明所述内筒2的高度大于其宽度的两倍。主要为满足数据采集精度而设，因为渗流路径与入渗面积的比值太小会导致水流快速通过样品而数据还来不及采集记录，即便采集到数据也会因水流并未在样品内充分循环而带有较大的偏差。因此适当的高宽比能更好满足精度要求，得出更客观真实的试验结果。
本发明中的筒片2-1采用现有技术中的钢片制成，本发明优先采用现有技术中的厚度为1-1.5mm的钢片。
为使蜡液充分填充筒片2-1抽离后所留空隙，步骤e中所述锥形外筒4被制成锥形。保证浇注的蜡液稳定于空间5内供持续的随抽随填，真正实现空隙的密实填充。另外锥形外筒4的锥角A为15-30°的锥角即满足蜡液充分供应，又尽量减小试样的占用空间。
从生产、加工工艺的简单性和操作的可靠性，本发明中的内筒2为圆柱形。所述步骤e中所述的锥形外筒4的高度与内筒2的高度相等。
因蜡液常温下的熔融期较短，为防止筒片提拉过程中冷凝的蜡液阻碍空隙充填，本发明在步骤f中，采用加热器对锥形外筒4持续加热，保证整个提拉过程中蜡液的熔融。本发明中所述的加热器，现有技术中的能加热使得蜡液不能够及时凝固的加热器均可以使用。所以本发明对加热器不予以限定。
本发明中所述的蜡液为现有技术做渗透性试验密封堵水用的石蜡溶液，其具体成分本发明不做详细说明。
下面举一个实施例对本发明的方法进行详细描述：
野外选准取样场地后将直径12cm，高25cm的柱形取样内筒1内的分离式内筒2（该内筒事先被箍环固定成整体结构）的刃口端置于待取土层上方，内筒2上方垫一块锤击时均匀传力的圆形木板（直径15cm、厚1cm）。使用铁锤将内筒2整体锤击入土2～4cm，用铁锹挖除内筒周围1～2倍筒径、3～5cm深度范围内的土体，达到清除内筒继续下进时箍环的潜在障碍之目的；如此持续的重复锤击、挖土进程，直至内筒2入土深度达取样要求（即筒内空间被土体填实），任选一面开槽清土使内筒周边呈现临空面，用铁锹顺所开槽道于内筒底部将土样截断后整体取出放置于平板上；在保持内筒2筒壁紧贴所取土样的前提下，小心取掉内筒2外围所有箍环3，随即在内筒2外围套上事先加工成套的锥形外筒4，内筒2与锥形外筒4之间形成一个筒底封闭的锥形空腔5，继而将熔融蜡液8浇满整个锥形空腔5，外部加热器持续工作用以保证蜡液8的熔融状态，用手或提拉工具缓慢向上提拉筒片2-1，随着筒片2-1的缓慢提升，土样周边自底至上随即留出环形空隙，液压作用下熔融状态的蜡液8随即填充其中，如此逐片提拉直至各筒片2-1一一取出，停止外部加热器待蜡液8冷凝。经上述方法处理的样品安放至室内渗透仪的样品盛放箱内便可开展相关渗透测试工作。
对比例
为直观展示本发明对室内渗透数据真实性的提高程度，现对同种土质采用不同取样方法制成的相同尺寸试验样品在同等试验条件下所得渗透系数加以对比分析：
表1甘肃某试验区中粗粒粉粘土室内渗透结果数
由上表易知，常规取样方法所得样品在相同试验条件下的渗透系数约为10-4m*s-1，而采用本发明后所得平均渗透系数在10-6m*s-1左右，渗透系数减少两个数量级，试验数据有力地证明了本发明制取的样品开展渗透时较大部分水流是真正在土样内部密实性较强的颗粒间流过而不是沿侧壁直接流出，由此说明本发明在防止原状粗粒土侧壁渗漏方面的切实效果。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将取样内筒(1)竖直放置在野外待取土层上方，向下锤击取样内筒(1)，使得取样内筒(1)入土2-4cm；所述取样内筒(1)包括内筒(2)和箍环(3)；
b、挖除取样内筒(1)周围的土体；
c、依次重复步骤a和步骤b，直至取样内筒(1)内的空间被土样(7)全部填满；
d、沿取样内筒(1)的筒底根部将土样(7)截断，把土样(7)连同取样内筒(1)一起取出；
e、取掉取样内筒(1)上的箍环(3)，将取样内筒(1)上的内筒(2)连同土样(7)整体放入锥形外筒(4)内，锥形外筒(4)与取样内筒(1)的内筒(2)之间形成空间(5)；所述锥形外筒(4)的筒底与取样内筒(1)的内筒(2)筒底之间没有间隙；
f、将熔融蜡液(8)浇注到空间(5)内，上提内筒(2)1-2cm；
g、重复步骤f，直至内筒(2)取出，蜡液(8)密实充填满整个空间(5)及取走内筒(2)后流出的间隙；
h、待蜡液(8)冷凝后，将填满蜡液(8)的锥形外筒(4)连同土样一起放入渗透仪(6)内，用于室内渗透试验。
2.如权利要求1所述的有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，其特征在于，所述步骤a中所述内筒(2)是由不少于两块的筒片(2-1)围成的分离式筒体；所述内筒(2)的一端设有刃口；所述箍环(3)设置在内筒(2)的外周，用于紧固内筒(2)使得内筒(2)成一个整体。
3.如权利要求2所述的有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，其特征在于，所述内筒(2)的高度大于内筒(2)宽度的两倍。
4.如权利要求2所述的有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，其特征在于，所述筒片(2-1)的厚度为1-1.5mm。
5.如权利要求1所述的有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，其特征在于，所述步骤e中所述的锥形外筒(4)的锥角A为15°-30°。
6.如权利要求1所述的有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，其特征在于，所述内筒(2)为圆柱形。
7.如权利要求1所述的有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，其特征在于，所述步骤e中所述的锥形外筒(4)的高度与内筒(2)的高度相等。
8.如权利要求1所述的有效防止粗粒土侧壁渗漏的原状取样方法，其特征在于，所述步骤f中，采用加热器对锥形外筒(4)进行加热。
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